HeatEx Direct

大型热泵和区域供热用换热器：制冷剂、热源和换热站

作者: HeatEx Direct 编辑团队
阅读时间: 9 分钟
大型热泵和区域供热用换热器：制冷剂、热源和换热站

欧洲的区域供热管网正在用大型电动热泵替代燃煤和燃气锅炉，热泵从海水、河水、处理后的污水或工业余热中取热。在丹麦埃斯比约（Esbjerg），一台以 CO2 为制冷剂、以海水为热源的 70 MW 热泵于 2024 年底开始向埃斯比约和瓦尔德（Varde）的区域供热管网供热。在欧登塞（Odense），总功率 20 MW 的氨热泵从处理后的污水中取热。

这类热泵站在很大程度上就是一组换热器：热源侧有，制冷剂循环里有，供热管网一侧一直到楼宇的换热站也有。本文说明换热器在哪里，制冷剂和热源怎样改变设计，以及采购时要规定什么。本站的产品目录里有用于氨制冷的半焊式板式换热器、用于易结垢水的宽通道焊接板式热交换器，以及用于区域供热的换热机组。具体项目请通过询价表提交数据。

1. 换热器在哪里

位置换热器作用
热源热源水和中间回路之间的板式换热器不让海水或污水进入制冷剂蒸发器
蒸发器制冷剂和水之间的换热器制冷剂蒸发，从热源吸热
冷凝器或气体冷却器制冷剂和水之间的换热器制冷剂把热量放给区域供热水
过冷器、经济器、油冷却器制冷剂循环里较小的换热器回收热量，提高循环效率
换热站管网和楼宇之间的板式换热器把管网和楼宇采暖、生活热水隔开

欧登塞的热泵站就是这样布置的。为它供货的阿法拉伐（Alfa Laval）介绍，半焊式板式换热器在这里用作蒸发器、冷凝器、过冷器和油冷却器；污水和氨蒸发器之间还加了一个中间回路。热泵站把处理后的污水降温约 5 °C，每消耗一份电能，大约产出四份热能。

2. 制冷剂在很大程度上决定设计

欧盟《含氟气体法规》（EU）2024/573 自 2024 年 3 月 11 日起施行，到 2050 年让氢氟碳化物（HFC）退出欧盟市场。因此，大型热泵越来越多地使用天然制冷剂，而每种天然制冷剂对换热器的要求都不一样。

  • 氨。 氨会腐蚀铜，所以氨系统不用铜钎焊板式换热器。舒瑞普（SWEP）的制冷剂手册写明，用于氨的钎焊板式换热器必须用镍基钎料。阿法拉伐把氨列为其全不锈钢熔焊板式换热器适用的腐蚀性介质之一。负荷大时常用半焊式板式换热器：氨走焊接在一起的板对，水走带垫片、可以打开清洗的通道。板壳式和管壳式换热器也有应用。
  • CO2。 CO2 系统的压力比 HFC 系统高得多。例如，丹佛斯（Danfoss）用于跨临界 CO2 的 H48T 钎焊板式换热器，一次侧额定压力为 140 bar。要问清楚制冷剂侧的设计压力，并确认换热器和它的认证都能覆盖这个压力。
  • 丙烷等碳氢化合物。 这类制冷剂易燃，安全规定限制一个系统里的充注量，所以优先选用内容积小的换热器。

不管用哪种制冷剂，制冷剂侧的换热器通常由热泵制造商规定。如果你单独采购这些换热器，请从热泵设计方拿到制冷剂种类、压力和温度，以及要求遵循的压力设备规范。

3. 热源决定水侧设计

  • 海水含氯离子，还有海生物附着。常用钛板片，上游加过滤。材料选择见船舶和海水换热器材料与腐蚀采购清单。
  • 处理后的污水会让换热面结垢。在欧登塞，排放的污水通常为 8 至 22 °C，并用一个中间回路把它和氨蒸发器隔开。污水侧常选易于清洗的换热器；水更脏时，选宽通道结构。
  • 工业余热和数据中心能提供温度更高的水，这会提高热泵效率。见数据中心液冷用换热器的余热利用一节。
  • 河水和湖水有季节性温度变化，还会带来杂物，所以过滤和冬季最低水温都很重要。

不管哪种热源，都要把全年最低和最高热源温度、水质分析、固体含量和计划的清洗方式提供给供应商。

4. 管网温度在降低

老一代区域供热管网温度很高。奥尔堡大学关于各代区域供热的概述指出，第三代管网的供水温度低于 100 °C；第四代管网供水约 50 至 60 °C，寒冷时期最高到 70 °C，回水约 25 °C。供水温度越低，热泵需要提升的温差越小，效率也就越高。

对换热器来说，温度降低意味着温差变小，所以换热站需要按小端差设计的换热器，这通常意味着更大的换热面积。低回水温度本身就是一个目标：换热站把水降温越多，每立方米管网水携带的热量就越多。规定换热站换热器时，除了供水温度，还要写明要求的回水温度。

5. 换热站和换热机组

很多项目采购的换热站是预制的换热机组，把板式换热器、水泵、阀门、仪表和控制集成在一起。本站的例子：

  • 四平维克斯的换热机组由换热器、循环泵、补水泵和控制系统组成，列出的典型工况之一是管网侧 130/80 °C、楼宇侧 95/70 °C。
  • 四平巨元瀚洋的标准化换热机组给出了低于国家参考值的压降目标，例如板式换热器压降 40 kPa，参考值为 50 kPa。
  • 上海艾克森的 MP 系列机组通过了德国莱茵 TÜV 的 CE 认证，用于比亚迪在匈牙利的商用车工厂。

压降很重要，因为管网水泵全年运行。中国还发布了关于板式热交换器能效测试与评价的 GB/T 47007-2026；一些制造商此前已经按 TSG R0010-2019 换热器能效测试规则对板片系列做过测试。例如，巨元瀚洋说明其八个板片系列在国家级换热器产品质量检验中心的测试中达到一级能效，见其一级能效板式热交换器。

6. 为频繁启停和负荷变化做好准备

用电运行的热泵越来越多地被用来平衡电网。例如，埃斯比约的热泵站一天可以启停很多次。每次启停对换热器都是一次温度循环，会给垫片带来应力，钎焊式换热器则会给钎焊接头带来应力。请告诉供应商热泵站会怎样运行，并问清楚所报的设计对循环次数或温度变化速率有没有限制。蒸汽工况下的同类问题，见板式换热器蒸汽工况指南。

7. 要规定什么

项目要提供的内容
在系统中的位置热源侧、蒸发器、冷凝器或气体冷却器、过冷器、换热站
制冷剂侧制冷剂、设计压力和温度、要求的规范
热源热源类型、全年温度范围、水质分析、固体含量、清洗方式
管网侧供回水温度、设计压力、允许压降
负荷设计负荷和最低负荷
运行方式每天启停次数、负荷变化速率
材料板片材料；有垫片时的垫片材料；钎焊式换热器的钎料
供货范围只要换热器，还是包括水泵、阀门和控制的整套机组

对买家意味着什么

在热泵和区域供热项目中，制冷剂、热源和管网温度决定了换热器的设计。要选适合制冷剂的设计，例如氨系统不用铜，CO2 系统要有足够的压力等级。用中间回路和可清洗的换热器，保护蒸发器不受脏的热源水影响。换热站要按低回水温度和低压降设计，还要告诉供应商系统多久启停一次。换热站和楼宇系统还要问哪些问题，见 HVAC 换热器供应商审核清单。

资料来源和相关页面

需要这类设备？
提交一次询价，写明工况。我们审核后转给合适的中国厂家。
提交询价